De Broglie e le proprietà ondulatorie della materia

De Broglie e le proprietà ondulatorie della materia

Attraverso vari esperimenti si era evidenziata la dualità onda-corpuscolo della luce: questa è un proprietà intrinseca della luce e di tutte le radiazioni elettromagnetiche, che a seconda dell'esperimento presentavano fenomeni d'interferenza o urti elastici.

Nel 1924 Louis de Broglie ispirandosi a concezioni relativistiche, partì dall'ipotesi che ad ogni particella di massa propria , con quantità di moto p, fosse legato un fenomeno ondulatorio di lunghezza d'onda tale che:

Questo postulato fondamentale per la teoria dei quanti afferma che ogni particella di materia in movimento è sede e sorgente di una vibrazione intrinseca con lunghezza d'onda legata alla sua massa e velocità.

Dal momento che l è inversamente proporzionale a p ed h è una costante molto piccola nel S.I., negli oggetti macroscopici le lunghezze d'onda sono praticamente nulle, e quindi non generano alcun effetto apprezzabile, risultando trascurabili, in accordo con l'esperienza.

Questo discorso, tuttavia, non può essere fatto per particelle subatomiche, le cui l di de Broglie sono grandi in relazione alle loro dimensioni

Ottenuto questo risultato, de Broglie prese in esame il movimento dell'elettrone in un orbitale.

Se si descrive l'elettrone come un'onda, questa deve essere stazionaria, ovvero avere un movimento costante in ogni punto; in altre parole le orbite permesse sono soltanto quelle la cui lunghezza è un multiplo intero della lunghezza d'onda associata all'elettrone, affinché questa si "richiuda".

Dunque se indichiamo con  il raggio dell'orbita n-esima, questa deve necessariamente avere una lunghezza , ovvero:

che è proprio la condizione di quantizzazione già trovata da Bohr, ma non giustificata.

Per cui sia la radiazione elettromagnetica, sia le particelle subatomiche mostrano in certi fenomeni natura corpuscolare e in altri natura ondulatoria.

Nel 1927 vi furono le prime verifiche sperimentali della teoria di de Broglie con l'esperimento condotto da Davisson e Germer, che inviando elettroni contro un bersaglio metallico, il cui passo reticolare era dello stesso ordine di grandezza della  loro l di de Broglie, videro che, così come i raggi X anche gli elettroni presentavano analoghi effetti di diffrazione.